计算机的启动---操作系统的引导

学408当时听课时，这里讲的基本就是说BIOS引导什么的，属实不是很清楚，索性找了几个详解的文章学习了下，梳理了大体流程，这里简单概括下。

首先简要过一遍流程：按下开机按钮上电—主板上写死的固件(硬件电路)运行—CPU将所有寄存器的值都设为默认值—CPU指向BIOS(在主板ROM中的固定位置)–BIOS程序进行硬件检测和初始化操作—搜索启动盘—（读取 MBR）将启动盘中的 0 盘 0 道 1 扇区的 512 个字节原封不动的写入(拷贝)内存中0x7c00开始的位置—确定活动分区—确定引导扇区，将其加载到内存中—操作系统加载。

按下开关(不重要)

1. CPU会执行一个复位（Reset）过程：CPU内置有一个复位电路，该电路会向CPU的所有寄存器发送一个特殊的复位信号，以重置所有寄存器。

2. CPU将所有寄存器的值都设为默认值

   • PC 寄存器被强制初始化为 0xFFFF0 ，这也是BIOS程序的入口地址。

     • 段基址寄存器 cs 初始化为 0xF000
     • 偏移地址寄存器 IP 初始化为 0xFFF0
     • 根据实模式下的最终地址计算规则，将段基址左移 4 位，加上偏移地址，得到最终的物理地址也就是抽象出来的 PC 寄存器地址为 0xFFFF0。

   • 复位信号会将通用寄存器AX、BX、CX、DX等以及其他寄存器如标志寄存器FLAGS、指令指针寄存器IP等重置为默认值。默认值通常是0或者一些固定的值，具体取决于CPU架构和制造商。

3. 其他…

启动BIOS

1. BIOS上电自检POST（Power-On Self Test）
2. 初始化硬件设备
3. 按照顺序搜索启动设备
4. BIOS在启动时会按照一定的顺序搜索可用的启动设备，通常包括硬盘、CD/DVD光驱、USB闪存驱动器等。这个顺序可以通过BIOS设置进行配置，并被称为“启动顺序”或“启动顺序”。

BIOS加载启动区

1. BIOS 会按照设备顺序，读取主引导记录MBR，即读取0 盘 0 道 1 扇区的内容，如果末尾的两个字节分别是 0x55 和 0xaa，那么 BIOS 就会认为它是个启动区。
   • MBR（Master Boot Record，主引导记录，大小为 512 字节）
     • 第1-446 字节：包含了引导程序的代码，即调用操作系统的机器码，可以被 CPU 直接执行。
     • 第 447-510 字节：分区表（Partition Table）信息，将硬盘分为了若干个分区。
       • 分区表（Partition Table）记录了硬盘上的所有分区信息，包括每个分区的起始位置、大小和分区类型等。
     • 第 511-512 字节：“MBR结束标志”（MBR End of Sector Marker），记录签名（0x55 和 0xAA），若记录签名正确，表示设备可以用于启动—也就是说这个区是启动区。
2. 如果计算机确定了当前盘的MBR是启动区，那么BIOS会将硬盘中启动区的 512 字节的数据，原封不动复制到内存中的 0x7c00处
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查找活动分区（引导分区）

1. PC寄存器的值变为0x7c00，从这里开始运行—启动区开始跑起来！
2. 当BIOS将MBR加载到内存中后，它会读取分区表中的活动分区标识位。若分区表中的活动分区标识位被设置为1，则表示该分区是可引导的。
   • 分区表记录了磁盘上所有分区的位置、类型和大小等信息，在分区表中，有一个标识位被称为“活动分区”（Active Partition），一般为某个主分区，也就是至多四个主分区之一。此标识位指示了系统应该从哪个分区引导操作系统
   • 每个硬盘最多只能有一个活动分区。如果硬盘上存在多个操作系统，那么每个操作系统都需要独立的活动分区来引导启动。
3. BIOS会跳转到该分区上的的引导扇区（Boot Sector）上，并将其加载到内存中执行。
   • 引导扇区是一个特定的扇区，通常包含了操作系统引导程序的代码和数据，例如Windows操作系统的bootmgr或grub引导程序。

操作系统加载（不重要）

1. 一旦引导扇区（Boot Sector）被加载到内存中执行，它会继续加载操作系统的其他部分。通常，这涉及到在文件系统中查找操作系统的核心文件，并将其加载到内存中。在 Windows 操作系统中，这个核心文件可能是 ntoskrnl.exe，而在 Linux 操作系统中，它可能是 vmlinuz。
2. 操作系统的核心文件被加载到内存后，它就开始初始化操作系统，包括创建进程、分配内存等。
3. 接下来，操作系统会开始运行第一个进程，这通常是 init 进程或 systemd 进程，它负责启动其他进程和服务。最终，操作系统完成了启动过程，并准备好接受用户的交互请求。

参考

• ChatCPT回答
• 九曲阑干计算机操作系统课程
• 你管这破玩意叫操作系统源码 | 第一回 最开始的两行代码
• 全网最硬核讲解计算机的启动过程